CN116984907B - 一种数控转台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转台技术领域，具体涉及一种数控转台。本发明提供的一种数控转台，包括底座、转台盖、传动组件和驱动件，所述转台盖转动设置于所述底座上，所述驱动件驱动所述传动组件带动所述转台盖绕着所述底座的轴线旋转；所述底座的内底壁设有环管，所述环管与所述底座同轴设置；所述传动组件包括相啮合的蜗轮和蜗杆，所述蜗轮呈圆环状，所述蜗轮与所述环管同轴设置，所述蜗轮包括多个滚子，所述滚子为圆柱体，所述转台盖与所述蜗轮相连接。本蜗轮和蜗杆将啮合面由滑动摩擦变为圆柱状滚子的滚动摩擦，减小了摩擦，啮合面的磨损减小，传动间隙缩小，确保了传动性能，保证了转台的定位精度。

Description

一种数控转台

技术领域

本发明涉及转台技术领域，具体涉及一种数控转台。

背景技术

数控转台，是数控机床的主要功能部件，可以在工作台上完成工件的精确回转分度定位，经常被称为数控机床的第四轴，和机床的X、Y、Z等坐标轴的联动，可以实现常规机床难以完成的复杂加工工艺流程。

常规蜗轮蜗杆副传动的数控转台是目前数控转台最常见最主要的结构形式。该类转台采用伺服电机驱动和分度，蜗轮蜗杆副进行传动，制动盘刹紧，一般最小分度单位可达到0.001°，分度精度在15″至40″之间，重复精度4″至6″，采用闭环控制后分度精度可达±3″，重复定位精度可达±1″或更高。

该类转台的关键部件是蜗轮蜗杆副，工作时蜗轮和蜗杆啮合面之间是滑动摩擦，相对滑动速度大，啮合齿面发热严重，齿面磨损严重，从而产生传动间隙，影响转台的定位精度，造成传动性能下降。

发明内容

本发明所要解决的问题是：常规蜗轮蜗杆副传动的数控转台工作时蜗轮和蜗杆啮合面之间是滑动摩擦，相对滑动速度大，啮合齿面发热严重，齿面磨损严重，从而产生传动间隙，影响转台的定位精度，造成传动性能下降。

为了解决上述技术问题本发明提供了以下技术方案： 一种数控转台，包括底座、转台盖、传动组件和驱动件，所述转台盖转动设置于所述底座上，所述驱动件驱动所述传动组件带动所述转台盖绕着所述底座的轴线旋转；

所述底座的内底壁设有环管，所述环管与所述底座同轴设置；

所述传动组件包括相啮合的蜗轮和蜗杆，所述蜗轮呈圆环状，所述蜗轮与所述环管同轴设置，所述蜗轮包括多个滚子，所述滚子为圆柱体，所述转台盖与所述蜗轮相连接。

根据本发明的一个实施例，所述蜗轮具有相对的顶面和底面，所述蜗轮的顶面设有与其同轴设置的环体，所述环体的内径大于所述环管的外径，所述环体与所述转台盖相连接。

根据本发明的一个实施例，所述环管的上表面高于所述环体的上表面，所述转台盖内底壁的中心位置设有与所述环体相匹配的环片，所述环片厚度等于所述环管的上表面和所述环体的上表面之间的高度差。

根据本发明的一个实施例，所述环体的上表面开设有至少一个螺钉孔。

根据本发明的一个实施例，所述转台盖上表面和所述环片上分别开设有至少一个第一圆孔和至少一个第二圆孔，所述第一圆孔、所述第二圆孔和所述螺钉孔一一对应。

根据本发明的一个实施例，所述驱动件为伺服电机，所述伺服电机的输出端与所述蜗杆的一端相固定。

根据本发明的一个实施例，所述底座包括底板和支撑件，所述支撑件设于所述底座上，所述支撑件呈圆管状，所述支撑件的高度低于所述环管。

根据本发明的一个实施例，所述蜗杆的一端穿出所述支撑件，伺服电机位于所述支撑件的外部；

或，所述蜗杆整体位于所述支撑件内，所述伺服电机内置于所述支撑件中。

根据本发明的一个实施例，所述螺钉孔设置有多个，多个所述螺钉孔沿着所述环体的上表面均匀设置。

根据本发明的一个实施例，所述蜗轮和所述环体一体成型；

或，所述蜗轮的上表面至少开设有一个螺纹孔，所述蜗轮和所述环体之间通过螺钉相固定。

根据本发明的一个实施例，所述蜗轮和滚子的材质为轴承钢或渗碳钢，所述蜗杆的材质为渗碳钢。

根据本发明的一个实施例，所述蜗轮、滚子和蜗杆的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、使用低碳钢制成所述蜗轮、蜗杆和滚子；

步骤二、对步骤一获得的蜗轮、蜗杆和滚子进行渗碳处理；

步骤三、对经过步骤二渗碳处理的蜗轮、蜗杆和滚子进行高温回火处理；

步骤四、将经过步骤三处理的滚子和蜗杆的螺旋齿进行淬火处理；

步骤五、对经过步骤四淬火处理的滚子和蜗杆的螺旋齿进行液氮冷却，冷冻时间不少于2min；

步骤六、对上述处理后的蜗轮、蜗杆和滚子进行低温回火处理。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种数控转台，包括底座、转台盖、传动组件和驱动件，转台盖转动设置于底座上，驱动件驱动传动组件带动转台盖绕着底座的轴线旋转；底座的内底壁设有环管，环管与底座同轴设置；传动组件包括相啮合的蜗轮和蜗杆，蜗轮呈圆环状，蜗轮与环管同轴设置，蜗轮包括多个滚子，滚子为圆柱体，转台盖与蜗轮相连接。

通过驱动件驱动蜗杆旋转，从而带动蜗轮旋转，最终带动转台盖旋转，由于蜗轮上的滚子呈圆柱体，使得蜗轮与蜗杆产生滚动摩擦，相较于以往采用传统的蜗轮蜗杆副进行传动，本蜗轮和蜗杆将啮合面由滑动摩擦变为圆柱状滚子的滚动摩擦，减小了摩擦，啮合面的磨损减小，传动间隙缩小，确保了传动性能，保证了转台的定位精度，此外，由于啮合面的摩擦减小，啮合齿面发热温度降低，对蜗轮和蜗杆的材料性能、表面硬度、散热等要求降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明数控转台其中一种实施方式结构示意图；

图2为本发明数控转台其中一种实施方式去除转台盖后的结构示意图；

图3为本发明数控转台其中一种实施方式提供的环管、蜗轮和蜗杆的结构示意图；

图4为本发明数控转台其中一种实施方式提供的蜗杆结构示意图；

图标：1-底座；101-支撑件；102-环管；2-转台盖；3-伺服电机；4-蜗杆；401-螺旋齿；402-蜗杆齿轮；403-齿底面；5-蜗轮；501-环体；502-螺钉孔；503-滚子。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，本发明的一个实施例提供了一种数控转台，包括底座1、转台盖2、传动组件和驱动件，转台盖2转动设置于底座1上，驱动件驱动传动组件带动转台盖2绕着底座1的轴线旋转；

底座1的内底壁设有环管102，环管102与底座1同轴设置；

传动组件包括相啮合的蜗轮5和蜗杆4，蜗轮5呈圆环状，蜗轮5与环管102同轴设置，蜗轮5包括多个滚子503，滚子503为圆柱体，转台盖2与蜗轮5相连接。

通过驱动件驱动蜗杆4旋转，从而带动蜗轮5旋转，最终带动转台盖2旋转，由于蜗轮5上的滚子503呈圆柱体，使得蜗轮5与蜗杆4产生滚动摩擦，相较于以往采用传统的蜗轮蜗杆副进行传动，本实施例中至少具有以下优点：

第一，啮合面由滑动摩擦变为圆柱状滚子503的滚动摩擦，减小了摩擦，啮合面的磨损减小，传动间隙缩小，确保了传动性能，保证了转台的定位精度。

第二，由于啮合面的摩擦减小，啮合齿面发热温度降低，对蜗轮5和蜗杆4的材料性能、表面硬度、散热等要求降低。

优选的，如图1和图2所示，底座1包括底板和支撑件101，底板为圆板，支撑件101焊接于底座1上，支撑件101呈圆管状，支撑件101与底板同轴设置，支撑件101的高度低于环管102。

可选的，底板与支撑件101一体成型，底板为矩形板或正多边形板。

在本实施例中，转台盖2呈瓶盖状，其直径与支撑件101的直径相同，转台盖2可拆卸的安装在底座1上，转台盖2在使用状态下，其转台盖2的下端面与支撑件101的上端面相对齐且接触，避免外径灰尘从转台盖2和支撑件101之间的缝隙钻入，影响内部蜗轮5和蜗杆4的传动。

优选的，如图2和图3所示，蜗轮5的顶面设有与其同轴设置的环体501，环体501的内径与环管102的外径相配合，环体501套在环体501上，环管102的上表面高于环体501的上表面，转台盖2内底壁的中心位置设有与环体501相匹配的环片，环片厚度等于环管102的上表面和环体501的上表面之间的高度差。这样当转台盖2盖合到支撑件101上后，转台盖2的内底壁与环管102的上表面接触，同时环片的下表面刚好与环体501的上表面相接触。

其中，环管102起到支撑转台盖2的作用，提高转台盖2的承载能力，提高了数控转台的稳定性。同时由于环片的下表面刚好与环体501的上表面相接触，便于固定住环体501和转台盖2。

优选的，环体501的上表面绕着环体501的轴线均匀开设有多个螺钉孔502，在转台盖2上表面绕着环体501的轴线均匀开设有多个第一圆孔，在环片上绕着环体501的轴线均匀开设有多个第二圆孔，第一圆环、第二圆孔和螺钉孔502一一对应，即转台的顶部到底部，相应的第一圆孔、第二圆孔和螺钉孔502是相连通的，这样使用螺钉或螺栓从转台盖2的顶部插入到第一圆孔中，螺钉或螺栓穿过环片的第二圆孔进入到环体501上的螺钉孔502中，然后使用工具拧紧螺钉或螺栓，螺钉或螺栓的底端螺入到环体501中，而螺钉头或螺栓头紧压转台盖2，使得转台盖2固定到环体501上。

优选的，环体501的上表面绕着环体501的轴线均匀开设有多个螺钉孔502，蜗轮5的上表面至少开设有一个螺纹孔，蜗轮5和环体501之间通过螺钉相固定，将螺栓螺入到环体501上的螺钉孔502中，螺栓进一步的螺入到蜗轮5上表面的螺纹孔中，从而将环体501和蜗轮5相固定。

可选的，环管102的侧壁上开设有环形凹槽，环形凹槽的高度等于蜗轮5和环体501的高度之和，蜗轮5的内径与环管102的外径相配合，使得蜗轮5的内侧面与环形凹槽相紧贴，同样的，环体501的内径与环管102的外径相配合，使得环体501的内侧面与环形凹槽相紧贴，这样环管102和蜗轮5均套在环管102上，环管102和蜗轮5可在环管102上转动。

进一步的，环形凹槽距离底板一定高度，即蜗轮5和环体501均距离底板一定高度，蜗轮5在旋转时，其下表面与底板不接触，与底板之间没有摩擦，从而保证了其旋转效率。

可选的，蜗轮5的上表面开设有两个螺纹孔，两个螺纹孔关于蜗轮5的轴线对称设置，环体501上表面上的多个螺钉孔502中，有两个螺钉孔502刚好与两个螺纹孔相对应，这样通过两个螺栓即可将环体501和蜗轮5相固定。

可选的，蜗轮5和环体501一体成型，环体501的截面宽度和蜗轮5的截面宽度相同。

优选的，驱动件为伺服电机3，伺服电机3的输出端与蜗杆4的一端相固定，通过伺服电机3驱动蜗杆4旋转，从而带动蜗轮5和转台盖2一起旋转，伺服电机3精确控制转动，从而精确定位转台的分度值，支撑件101的内部还安装有制动盘，通过制动盘刹紧。

可选的，转台上设置有控制器，控制器与伺服电机3电连接，通过控制器控制伺服电机3的工作，从而精确定位转台的分度值。

优选的，如图2所示，在支撑件101的侧壁上开设有通孔，蜗杆4的一端穿过该通孔，伺服电机3设置在支撑件101的外部。

优选的，在底板上可安装两个立式轴承座，蜗杆4的两端转动安装在两个立式轴承座之间，起到支撑蜗杆4的作用。

可选的，蜗杆4整体设置在支撑件101的内部，伺服电机3也安装在支撑件101的内部，起到保护伺服电机3的作用。

开启伺服电机3，伺服电机3驱动蜗杆4旋转，蜗杆4带动蜗轮5旋转，由于环体501和蜗轮5相固定，转台盖2与环体501相固定，从而能够带动转台盖2随着蜗轮5的旋转而旋转，通过伺服电机3控制转动频率，可以精确定位转台的分度值。

优选的，所述蜗轮5和滚子503的材质均为渗碳钢，所述蜗杆4的材质为渗碳钢，采用这个方式的优势在于，在传统的蜗轮蜗杆副中，蜗轮5与蜗杆4的间相对摩擦较大，发热量大，容易发生磨损和胶合现象，所以除了要求制作材料有足够的强度外，还要求轮、杆配对材料有良好的减摩性和耐磨性，因此蜗轮5及其齿轮（本申请中为滚子503）多采用青铜或铸铁制造，但传统的蜗轮蜗杆副是纯粹的滑动摩擦，在使用一段时间后，必然会因磨损导致蜗轮蜗杆副啮合间隙增大，为应对这个问题，本领域人员多使用双导程蜗轮蜗杆副解决，用轴向移动蜗杆4的方法来消除或调整蜗轮蜗杆副之间的啮合间隙，但是间隙补偿调整一般是由厂商的专业技术人员进行调整，将蜗杆轴系拆卸后，测量各个零件尺寸，然后将调整垫片取下，经过磨床磨削后重新装配，费时费力，且经常耽误生产；本申请中蜗轮5的齿轮通过圆柱体滚子503代替，使得蜗轮5与蜗杆4产生滚动摩擦，相较于以往采用传统的蜗轮蜗杆副进行传动，本申请中蜗轮5和蜗杆4将啮合面由滑动摩擦变为圆柱状滚子503的滚动摩擦，减小了摩擦，啮合面的磨损减小，使得蜗轮5、蜗杆4的材料要求发生改变，因此本申请得以使用渗碳钢代替青铜或铸铁制造蜗轮5；在使用渗碳钢制造蜗轮5后，蜗轮蜗杆副中的运动接触部位（滚子503与蜗杆4）的材料硬度高，耐磨性更强，与滚子503结构配合实现零磨损，无需进行间隙补偿，极大的提升了生产效率，具有突出的进步。

可选的，如图4所示，所述蜗杆4上的螺旋齿401包括与滚子503配合的蜗杆齿轮402和具有弧度的齿底面403，所述齿底面403的两端高、中间低，所述齿底面403靠近滚子503一端的弧面半径大于所述滚子503的半径，当螺旋齿401与滚子503相啮合状态时，齿底面403的两端与滚子503间存在间隙，其优势在于，传动时润滑油可涂抹在齿底面403的两端，由于齿底面403的两端高中间低，润滑油会随着蜗杆4转动由螺旋齿401两端向中间蜗杆齿轮402与滚子503啮合部位转移，能有效保证啮合部位的润滑效果；进一步的，在传统的蜗轮蜗杆结构中，蜗轮5及其齿轮采用青铜或铸铁制成，齿底面403与蜗轮5的齿轮（本申请中为滚子503）的半径相同，使得蜗轮5与蜗杆4间啮合齿轮的数量增加，以保证数控转台在切削加工中能承受较大的冲击载荷，本发明采用这个结构，齿底面403的半径大于所述滚子503的半径，使得蜗轮5与蜗杆4间相啮合齿轮的数量减少，但本发明蜗轮5采用渗碳钢制造后，蜗轮5与蜗杆4啮合部位的强度提高，即使相啮合齿轮的数量减少，依旧能保证数控转台具有较大的冲击载荷承受能力；更进一步的，本发明蜗轮5和滚子503的材质采用渗碳钢后，蜗轮5和滚子503间的强硬度提升，对蜗轮5蜗杆4间的抗裂纹性能有更高要求，本发明采用这个结构，能有效防止蜗轮5和蜗杆4在传动时出现裂纹缺陷，保证数控转台中蜗轮蜗杆副传动的稳定性。

可选的是，所述滚子503和蜗杆4的螺旋齿401均为硬度不低于58HRC的渗碳钢，以保证耐磨效果；所述蜗轮5、滚子503和蜗杆4的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一、使用20CrMnTi制成所述蜗轮5、蜗杆4和滚子503；

步骤二、将步骤一获得的蜗轮5、蜗杆4和滚子503加热至900℃进行渗碳处理；

步骤三、对经过步骤二渗碳处理的蜗轮5、蜗杆4和滚子503在560℃进行高温回火处理；

步骤四、将经过步骤三处理的滚子503和蜗杆4的螺旋齿401加热至880℃进行淬火处理；

步骤五、对经过步骤四淬火处理的滚子503和蜗杆4的螺旋齿401进行液氮冷却，冷冻时间不少于2min；

步骤六、对上述处理后的蜗轮5、蜗杆4和滚子503在200℃进行低温回火处理。

本实施例中，使用可以圆柱状的滚子503代替传统蜗轮轮齿，并且以此滚子503的表面作为母面包络蜗杆4的齿面，传动过程中滚动摩擦代替了啮合面间的滑动摩擦，解决了传统的蜗轮蜗杆在啮合过程中因啮合面间的滑动带来的传动性能差、啮合面磨损快等问题。

由于啮合面的摩擦减小，啮合齿面发热温度降低，对蜗轮5和蜗杆4的材料性能、表面硬度、散热等要求降低。

该数控转台采用圆柱状滚子503包络蜗杆传动，具有摩擦小，啮合面磨损小，间隙小，传动精度高的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种数控转台，其特征在于，包括底座（1）、转台盖（2）、传动组件和驱动件，所述转台盖（2）转动设置于所述底座（1）上，所述驱动件驱动所述传动组件带动所述转台盖（2）绕着所述底座（1）的轴线旋转；

所述底座（1）的内底壁设有环管（102），所述环管（102）与所述底座（1）同轴设置；

所述传动组件包括相啮合的蜗轮（5）和蜗杆（4），所述蜗轮（5）呈圆环状，所述蜗轮（5）与所述环管（102）同轴设置，所述蜗轮（5）包括多个滚子（503），所述滚子（503）为圆柱体，所述转台盖（2）与所述蜗轮（5）相连接；

所述蜗杆（4）上的螺旋齿（401）包括，与滚子（503）配合的蜗杆齿轮（402）和具有弧度的齿底面（403），所述齿底面（403）的两端高、中间低，所述齿底面（403）靠近滚子（503）一端的弧面半径大于所述滚子（503）的半径，当螺旋齿（401）与滚子（503）相啮合状态时，齿底面（403）的两端与滚子（503）间存在间隙；

所述蜗轮（5）具有相对的顶面和底面，所述蜗轮（5）的顶面设有与其同轴设置的环体（501），所述环体（501）的内径大于所述环管（102）的外径，所述环体（501）与所述转台盖（2）相连接；

所述环管（102）的上表面高于所述环体（501）的上表面，所述转台盖（2）内底壁的中心位置设有与所述环体（501）相匹配的环片，所述环片厚度等于所述环管（102）的上表面和所述环体（501）的上表面之间的高度差；

所述环体（501）的上表面开设有至少一个螺钉孔（502）；

所述转台盖（2）上表面和所述环片上分别开设有至少一个第一圆孔和至少一个第二圆孔，所述第一圆孔、所述第二圆孔和所述螺钉孔（502）一一对应；

所述蜗轮（5）和滚子（503）的材质为渗碳钢；

所述蜗轮（5）、滚子（503）和蜗杆（4）的处理工艺，具体包括以下步骤：

步骤一、使用20CrMnTi制成所述蜗轮（5）、蜗杆（4）和滚子（503）；

步骤二、将步骤一获得的蜗轮（5）、蜗杆（4）和滚子（503）加热至900℃进行渗碳处理；

步骤三、对经过步骤二渗碳处理的蜗轮（5）、蜗杆（4）和滚子（503）在560℃进行高温回火处理；

步骤四、将经过步骤三处理的滚子（503）和蜗杆（4）的螺旋齿（401）加热至880℃进行淬火处理；

步骤五、对经过步骤四淬火处理的滚子（503）和蜗杆（4）的螺旋齿（401）进行液氮冷却，冷冻时间不少于2min；

步骤六、对上述处理后的蜗轮（5）、蜗杆（4）和滚子（503）在200℃进行低温回火处理。

2.根据权利要求1所述的一种数控转台，其特征在于，所述驱动件为伺服电机（3），所述伺服电机（3）的输出端与所述蜗杆（4）的一端相固定。

3.根据权利要求2所述的一种数控转台，其特征在于，所述底座（1）包括底板和支撑件（101），所述支撑件（101）设于所述底座（1）上，所述支撑件（101）呈圆管状，所述支撑件（101）的高度低于所述环管（102）；

所述蜗杆（4）的一端穿出所述支撑件（101），伺服电机（3）位于所述支撑件（101）的外部；

或，所述蜗杆（4）整体位于所述支撑件（101）内，所述伺服电机（3）内置于所述支撑件（101）中。

4.根据权利要求3所述的一种数控转台，其特征在于，所述螺钉孔（502）设置有多个，多个所述螺钉孔（502）沿着所述环体（501）的上表面均匀设置；

所述蜗轮（5）和所述环体（501）一体成型；

或，所述蜗轮（5）的上表面至少开设有一个螺纹孔，所述蜗轮（5）和所述环体（501）之间通过螺钉相固定。